Deutsch/italienische Forschungsergebnisse
Hochgenaue High-k-Materialcharakterisierung
Im Rahmen einer binationalen Masterarbeit haben Anna Alessandri von der Universität Politecnico di Milano und Wissenschaftler des Fraunhofer IISB eine neuartige Messmethode zur Charakterisierung ultradünner dielektrischer Schichten entwickelt.
Die Forscher am Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB arbeiten seit 2009 mit einem Vakuum-UV-Reflektometer (VUV-R) an der Untersuchung neuer High-k-Schichten im Bereich weniger Atomlagen. Durch die Untersuchung verschiedener Methoden zur Kalibrierung des Messgerätes und anhand von Referenzmessungen konnten die Forscher nun die Präzision von Schichtdicken-Messungen im Bereich weniger Nanometer erheblich verbessern. Von dem VUV-R-Messgerät existieren weltweit nur fünf Installationen, das Gerät in Erlangen ist mit der erreichten Genauigkeit einzigartig.
Das Vakuum-UV-Reflektometer am IISB erlaubt die vollautomatische optische Vermessung von 200- und 300 mm-Wafern in einem Wellenlängenbereich von 120 bis 800 nm. Damit können dünnste Schichten im Bereich weniger Nanometer untersucht werden.
Für die Messtechnik steckt ein hohes Potenzial in der High-k-Materialcharakterisierung. Die so genannten High-k-Dielektrika werden als Isolator bei der Produktion von Halbleiterbauelementen der nächsten Generation eingesetzt. Durch die fortschreitende Miniaturisierung muss beispielsweise das bislang als Gate-Dielektrikum eingesetzte Siliziumdioxid durch Materialien mit besseren elektrischen Eigenschaften ersetzt werden.
Anna Alessandri studiert in ihrem zweiten Masterjahr »Physikalische Ingenieur-wissenschaften« an der Politecnico di Milano und sammelte bereits bei ihrer Bachelor-Arbeit Erfahrungen auf dem Gebiet der Charakterisierung von Halbleitermaterialien. Das Ziel ihrer am Fraunhofer IISB durchgeführten Masterarbeit war die Ableitung geeigneter Geräteparameter zur Verbesserung der Genauigkeit, Messstabilität und Fertigungstauglichkeit des VUV-R-Messgerätes. Diese Anforderungen stellen sich, um die hohe Sensitivität der Messungen hinsichtlich der optischen Eigenschaften ultra-dünner dielektrischer Schichten optimal nutzen zu können und die Zuverlässigkeit der Messmethode zu gewährleisten.
Für Thomas Gumprecht, Wissenschaftler in der Abteilung Halbleiterfertigungsgeräte und -methoden und wissenschaftlicher Betreuer von Anna Alessandri, besitzt die Ko-operation mit der Politecnico di Milano auch strategische Bedeutung: »Die binationale Masterarbeit von Frau Alessandri dient unmittelbar der Intensivierung unserer schon seit Jahren bestehenden Beziehungen zu den italienischen Projektpartnern aus der Halbleiterindustrie und der Forschung und ist ein wichtiger Baustein beim Ausbau unserer Kooperationen auf europäischer Ebene.«
Das Fraunhofer IISB und die Politecnico di Milano planen eine dauerhafte Kooperation-on und den Austausch weiterer Studenten und Wissenschaftler.
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